Ciclo do Carbono

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Ciclo do Carbono
Carbono é o 4° elemento mais abundante do planeta
Elemento estrutural moléculas biológicas + carreador de energia
Maioria do carbono na natureza (75 a 80%) encontra-se unido ao oxigênio (formas oxidadas) através de uma ligação covalente:
Rochas – carbonatos
Dissolvido oceanos: bicarbonato
Atmosfera: CO2
Aula 4 - Ciclo do Carbono
Boa noite a todos. Na aula passada nós discutimos o ciclo do oxigênio e como o surgimento da fotossíntese mudou radicalmente a vida no nosso planeta. Hoje eu gostaria de discutir com vcs o ciclo do carbono, pois eu falei na aula passada que a Terra passou por várias fases onde oncorreram grandes extinções e com exceção da extinção dos dinossauros, que foi causada pelo choque de um meteoro com a Terra, todas as outras foram causadas por um desbalança entre o ciclo do carbono e do oxigênio. Então para continuar nossa história seria importante entendermos um pouco melhor esse ciclo. Além desse motive, por si só o carbono tem muita importância na nossa vida, pois é o quarto element mais abundante do planeta, é um element estrutural de moléculas biológicas e um importante carreador de energia. A grande maioria do carbono na natureza, encontra-se unido ao oxigênio através de uma ligação covalente, portanto, se encontra em uma forma oxidada. 
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Ciclo do carbono 
O sonho de todo ser vivo é incorporar um átomo de hidrogênio (redução) nessas formas oxidadas de carbono.
Carbono ligado diretamente a um átomo de H e por via de uma ligagação covalente forma uma molécula orgânica
Molécula orgânica: construção de tecidos ou fornecedora de energia através da oxidação (adição de oxigênio) dessas moléculas.
O processo que transforma uma molécula inorgânica em orgânica denomina-se fixação do carbono. 
Fixação nesse caso significa tornar o átomo de carbono não volátil, ou seja, leva a formação de moléculas orgânicas estáveis. 
Aula 4 - Ciclo do Carbono
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Outro motive muito importante que nos incentive a estudarmos o ciclo do carbono, é o recente aumento da sua concentração na atmosfera, a qual demos o nome de mudanças climáticas e tem resultado no aquecimento descontrolado do planeta com consequência graves e imprevisíveis. 
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Hartmann et al. (2009)
Basalto
Silicato
Carbonato
Mas, antes de atentarmos ao ciclo em si, seria importante rever alguns processos básicos que regulam o ciclo do carbono. Por exemplo, o processo de intemperismo das rochas, que não deixa de ser uma hidrólise consome CO2, não no caso dos carbonatos, que a longo prazo acaba emitindo o CO2 gasto na sua dissolução de volta a atmosfera quando da sua precipitação. Mas, o intemperimso de basaltos e silicatos consome efetivamente CO2, sendo que o consume na intemperização do basalto corresponde a metade do que é consumido quando da decomposição de rochas silicatadas. 
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CO2 + H20 + En → CH2O + O2
CH2O + O2 → CO2 + H2O + En
Fotossíntese
Respiração
Aula 4 - Ciclo do Carbono
Outros dois processos fundamentais no ciclo do carbono e esse são controlados por organismos são a fotossíntese e a respiração. Na fotossíntese CO2 é transformado em uma molécula de açúcar utilizando a energia do sol, ou seja uma energia radiante é transformada em uma energia químida. No processo de oxidação da matéria orgância, a molécula de açucar é quebrada, gerando energia e liberando CO2 e água. 
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CO2
+ H2O
H2CO3
+
CaSiO3 
Ca+2
HCO3
CO2
CO2 + CaSiO3 CaCO3 + SiO2
CO2
CO2
CICLO GEOLÓGICO DO CARBONO
Vulcanismo
Intemperismo
 Subsidiência
Então vamos começar. Como vcs sabem durante aproximadamente 2.4 bilhões de anos não havia oxigênio livre na atmosfera, então o cilco do carbono era eminentemente geológico. Enquanto o intemperismo das rochas consomem CO2, a atividade de vulcanismo libera CO2 de volta para a atmosfera. 
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CO2
+ H2O
H2CO3
CO2
+
CaSiO3 
Ca+2
HCO3
CO2 + CaSiO3 CaCO3 + SiO2
CO2
CO2
Intemperismo
Respiração
Fotossíntese
Fotossíntese
Vulcanismo
CICLO GEOLÓGICO E BIOLÓGICO DO CARBONO
CO2
O ciclo biológico do carbono envolve a fotossíntes e a respiração que emite parte do CO2 fotossintetizado de volta para a atmosfera. 
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CO2
+ H2O
H2CO3
H2CO3 + CaSiO3 Ca + 2HCO3 + SiO2
Ca + 2HCO3 
CaCO3 + H2O + CO2 
CaCO3
CaSiO3 + CO2
atmosfera ou solo
solo
oceano
crosta terrestre
precipitação
rios
subsidiência
intemperismo
vulcanismo
organismos
Neste slide as reações envolvidas no ciclo do carbono são resumidas e a direita o local que daca uma delas ocorre.
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https://www.youtube.com/watch?v=7m42rZI3Djo
O movimento de subsidiência caracteriza a movimentação das placas oceânicas em direção as placas continentais, sendo que por diferença de densidade o placa oceânica submerge para baixo da placa continental. Esse atrito acaba gerando as cadeias montanhosas e, consequentemente vulcões. Dessa forma, carbono que estava no fundo do oceano é transportado para debaixo da crosta Terrestre. Se lembram do petróleo? Esse carbono trancado no interior da terra voltará à superfície na forma de CO2 pela atividade vulcânica. 
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https://www.wikiwand.com/en/Subduction#/overview
Aqui são as zonas do globo que as placas oceânicas se encontram com as placas continentais gerando o fenômeno de bubsidiência. 
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https://www.youtube.com/watch?v=d9bKXY0OMxc&t=117s
Aqui tem um filme que eu peguei no YouTuve que ilustra o movimento de subsidiência e a formação de montanhas ou cadeia de montanhas. 
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https://youtu.be/TWqS87SQRy4
E onde há cadeias de montanhas existem vulcões que retornam CO2 para a atmosfera. 
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LIBERA CO2
CONSOME CO2
Para resumir, aquei está o ciclo modern do carbono, na direita as reações que consomem CO2 (intemperismo e fotossíntese) e na esquerda as reações que liberam CO2 (decomposição da matéria orgânica e vulcanismo) e agora mais recentemente, a queima de combustíveis fósseis também. 
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Intemperismo consome CO2
Fotossíntese consome CO2
Retira CO2 da atmosfera, dimnui a concentração
Vulcanismo libera CO2
Queima de combustível fossil libera CO2
Decomposição da matéria orgânica libera CO2
Retorna CO2 na atmosfera, aumenta concentração 
Ciclo biológico
Ciclo geológico
Respiração das
raízes
Fotossíntese
(carapaças marinhas)
Aula 4 - Ciclo do Carbono
É importante lembrar que em certos momentos há uma interação entre os ciclos biológicos e os ciclos geológicos do carbono. 
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Reservatórios de carbono (x1015g = Pg = bilhões de toneladas)
Atmosfera = 720
Biosfera terrestre = 2.000
Oceano = 38.400
DIC = 37.400 
DOC = 700 
POC = 30 
Marine biota = 3 
Litosfera = 75.000.000 
				
Pois bem, os fluxos foram vistos, mas também é importante vcs terem uma ideia do tamanho dos principais reservatórios de carbono. A grande, grande maioria do carbono está na litosfera, seguido dos ocenaos, biota Terrestre e atmosfera. 
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Aula 4 - Ciclo do Carbono
https://youtu.be/x1SgmFa0r04
Hartmann et al. (2009)
https://earthobservatory.nasa.gov/global-maps/MOD17A2_M_PSN/MY1DMM_CHLORA
Aula 4 - Ciclo do Carbono
ATMOSFERA
VEGETAÇÃO
SOLOS
OCEANOS
LITOSFERA
Fotossíntese
Respiração
Folhas
Raízes
Exudatos
Intemperismo
Vulcanismo
Trocas gasosas
Subsidiência
Unindo esses reservatórios, existem fluxos de carbon, ou seja, quanto de carbono é transferido por uma unidade de tempo, geralmente por ano. 
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Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Aula 4 - Ciclo do Carbono
Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Fotossíntese
(123 Pg/ano)
Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Respiração
(119 Pg/ano)
Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera OceanoOceano Litosfera 
				
Queda de folhas
Exudato
Mortalidade
Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Intemperismo
(0.25 to 0.4 Pg/ano)
Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Fotossíntese (50 Pg/ano)
Respiração (50 Pg/ano)
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Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Trocas gasosas
(93 Pg/ano, 90 Pg/ano)
90 x 1015g
93 x 1015g
Fluxos de carbono 
Atmosfera Vegetação 
Vegetação Solos
Litosfera Solos
Atmosfera Oceano
 Oceano Litosfera 
				
Subducção
(0.2 Pg/ano)
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 Accretionary prism Volcanic arc Ocean trench Oceanic crust Asthenosphere Lithosphere Lithosphere Subduction zone Rising diapirs Magma chamber Moho discontinuity Continental crust Solid uppermost mantle
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